სილიციუმის დიოქსიდის ბაზაზე დამზადებული გაზის მემბრანული ორგანოსილიკატური კომპოზიტური აეროგელების საბითუმო ვაჭრობა ჩინეთში
ტრადიციული სილიციუმის აეროგელების ქსელური სტრუქტურა ძირითადად Si–O–Si ბმებით ყალიბდება. ორგანული ნაერთებისთვის დამახასიათებელ მოლეკულათშორის ბმებთან შედარებით, Si–O ბმის ენერგია შედარებით დაბალია, ამიტომ მომატებულ ტემპერატურაზე ეს ბმები შეიძლება გაწყდეს, რაც ჯაჭვის გაწყვეტას და სტრუქტურულ დეგრადაციას იწვევს. ეს არის მაღალ ტემპერატურაზე ტრადიციული სილიციუმის აეროგელების სტაბილურობის დაკარგვისა და სამუშაო თვისებების გაუარესების ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი.
ორგანული კომპონენტების შეყვანა შესაძლებელს ხდის SiO₂ აეროგელის სტრუქტურაში ბმის ენერგიის გაზრდას და მისი მექანიკური თვისებების გაუმჯობესებას.
ერთ-ერთი ეფექტური მეთოდია ჯაჭვის დაგრძელება, რომელიც ცვლის აეროგელის ქსელში თავდაპირველი ბმის ტიპს. საწყისი მოკლეჯაჭვიანი სტრუქტურა, რომელშიც დომინირებს Si–O–Si ბმები, ნაწილობრივ გარდაიქმნება Si–O–R სტრუქტურად (სადაც R არის გრძელი ჯაჭვის ორგანული ჯგუფი). ეს იწვევს უფრო გაფართოებულ ჯაჭვურ ქსელს, ჯაჭვის სიმტკიცის ზრდას, მოლეკულური ვიბრაციების შემცირებას და აეროგელის შიდა სტრუქტურის სირთულის ზრდას. ეს აფერხებს სითბოს გადაცემას და ამავდროულად აუმჯობესებს კომპოზიტური აეროგელის მექანიკურ თვისებებს. სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში.
- პოლიმერ-სილიციუმის კომპოზიტური აეროგელები
პოლიმერულ მოდიფიკატორებს შორის, პოლიიმიდს აქვს მაღალი თერმული სტაბილურობა. თუმცა, შედარებით დაბალი სიხისტის გამო, მისი ეფექტურობა აეროგელების შეკუმშვის სიმტკიცის გაზრდაში შეზღუდულია.
პოლიეთილენგლიკოლს (PEG) შეუძლია სილიციუმის დიოქსიდის შემთხვევით განაწილებული ნაწილაკების ჯვარედინი შეერთება, რაც მასალის სტრუქტურას უფრო სტაბილურს ხდის და ამავდროულად აუმჯობესებს მის თბოიზოლაციის თვისებებს.
პოლიესტერებს, მაღალი თერმული სტაბილურობის გამო, ასევე შეუძლიათ აეროგელებს კარგი თბოიზოლაციური თვისებების უზრუნველყოფა. გარდა ამისა, პოლიესტერების მაღალრეაქტიული ფუნქციური ჯგუფები ხელს უწყობენ სილიციუმის ქსელთან ძლიერი ბმების ფორმირებას.
გარდა ამისა, ბაქტერიული ცელულოზა შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომპოზიტური აეროგელების წარმოებისთვის. უნიკალური კარკასული სტრუქტურის მქონე ორგანული ნივთიერებები შეიძლება იმოქმედოს, როგორც სილიციუმის აეროგელის ხელსაყრელი მატარებელი, რაც უზრუნველყოფს მის მჭიდრო ურთიერთქმედებას სილიკატურ ქსელთან.
პოლიმერების შეყვანის შემდეგ, სილიციუმის ნაწილაკებს შეუძლიათ ადსორბცია მოახდინონ გრძელჯაჭვიანი პოლიმერების ზედაპირზე, შექმნან უფრო დიდი და ძლიერი სივრცითი ქსელი, რაც მნიშვნელოვნად აძლიერებს აეროგელის მექანიკურ თვისებებს. გარდა ამისა, პოლიმერულ ქსელს შეუძლია შეაღწიოს სილიციუმის ნაწილაკების მიერ წარმოქმნილ ქსელში, რაც კიდევ უფრო აძლიერებს მასალის სიმტკიცესა და სიმტკიცეს.
თუმცა, ასეთი პოლიმერით მოდიფიცირებული აეროგელების თერმული სტაბილურობა კვლავ საჭიროებს შემდგომ გაუმჯობესებას. გარდა ამისა, პოლიმერების შეყვანამ შეიძლება გამოიწვიოს მასალის ფორიანობის გარკვეული შემცირება, რაც შემდგომ ოპტიმიზაციას მოითხოვს.
- სილიციუმის ბაზაზე დამზადებული არაპოლიმერული კომპოზიტური აეროგელები
პოლიმერებისგან განსხვავებით, არაპოლიმერული ორგანული ნაერთები ხშირად აეროგელის სტრუქტურაში შეჰყავთ მყნობით. ეს მეთოდი საშუალებას იძლევა მოდიფიცირდეს ორიგინალური ჰიდროქსილის ჯგუფები და შეიქმნას დამატებითი რეაქციის ადგილები გრძელი ჯაჭვის ქსელის ფორმირებისთვის, რაც ზრდის აეროგელის სტრუქტურის სტაბილურობას.
მაგალითად, სორბიტოლს, რომელსაც მრავალი ჰიდროქსილის ჯგუფი აქვს, შეუძლია სინერგიულად ურთიერთქმედება სილანებთან, რაც უფრო სტაბილურ სტრუქტურას ქმნის და ამით აეროგელის თვისებებს აუმჯობესებს.
არაპოლიმერული ორგანული ნაერთების შეყვანა სილიციუმის ქსელისთვის დამატებით რეაქციულ ადგილებს ქმნის და უფრო სტაბილური სტრუქტურის ფორმირებას უწყობს ხელს. თუმცა, პოლიმერებთან შედარებით, მათი ფიქსირებული ჯვარედინი შეერთების ნიმუში შესაძლოა ზღუდავდეს აეროგელში ფაზათაშორისი ურთიერთქმედებების გაძლიერებას, რამაც შესაძლოა გავლენა მოახდინოს მის მექანიკურ თვისებებზე. ამიტომ, არაპოლიმერული მოდიფიცირებული სილიციუმის აეროგელების სფეროში შემდგომი კვლევა და განვითარება კვლავ აქტუალურია.
მიუხედავად იმისა, რომ ორგანულ მოდიფიკაციას შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს სილიციუმის აეროგელების მექანიკური თვისებები, ორგანული კომპონენტების უმეტესობა დარბილებას იწყებს დაახლოებით 600°C ან უფრო დაბალ ტემპერატურაზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს კომპოზიტური აეროგელის თავდაპირველი თვისებების დაკარგვა. ამიტომ, ორგანომოდიფიცირებული აეროგელების პრაქტიკაში გამოყენებისას, შეძლებისდაგვარად, თავიდან უნდა იქნას აცილებული მაღალი ტემპერატურის პირობები.
ამგვარად, მოლეკულური ჯაჭვების დაგრძელების გზით მიღწეული ორგანული მოდიფიკაცია ზრდის სტრუქტურულ სიმყარეს და აუმჯობესებს კომპოზიტური აეროგელების მექანიკურ თვისებებს. ამავდროულად, გრძელჯაჭვიანი ორგანული ქსელი ართულებს სითბოს გადაცემის გზებს, რაც ხელს უწყობს აეროგელის თბოგამტარობის შემცირებას გარკვეულ ტემპერატურულ დიაპაზონში.
Jutao Environmental Technology — აეროგელის ხსნარის სპეციალისტები
დარჩით ჩვენთან კავშირზე, რათა მიიღოთ უახლესი განახლებები, ინდუსტრიის შესახებ ინფორმაცია და გამოყენებითი გადაწყვეტილებები აეროგელის სფეროში.